Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 10 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Revealing of promising ways of converting electrical energy parameters

V.I. Avdzeiko1, V.I. Karnyshev1, A.A. Drozdova1, V.M. Rulevskiy1

1 Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.10.9 UDC 621.314 EDN CSDVLV

Abstract

This paper performs an analysis of the electric power conversion methods, and also examines the development trends of DC-to-DC, AC-to-AC, AC-to-DC and DC-to-AC power converters with the use of the International Patent Classification (2023). A comparison has been made of such different kinds of converters as power converters with intermediate conversion and without intermediate conversion into AC or DC, converters using devices of a transistor and thyristor type, and specific circuit implements corresponding to the IPC classification. Perspective directions of such converters' development have been revealed. The analysis was carried out on the basis of the US patents databases which were formed by the authors for the IPC groups H02M3, H02M5, H02M7 within 2012 to 2023. The perspective directions were revealed by constructing time series of the US patents for the analyzed power converters and their further comparison by the issued patents number and growth patterns. As a result of research, the advantage of transistor converters circuits has been proved, the perspective development directions of the electric power parameters conversion methods as well as their implementation have been described. There was found a decrease of the issued US invention patents in the considered IPC groups by 40% within 2019 to 2022.

  • electric power converter
  • conversion method
  • direct current
  • alternating current
  • International Patent Classification
  • Us patents
  • development trends
Аннотация (на русском)

Выявление перспективных способов преобразования параметров электрической энергии

В статье проведен сравнительный анализ способов преобразования параметров электрической энергии, исследованы тенденции развития преобразователей постоянного тока в постоянный (DC/DC), переменного тока в переменный (AC/AC), переменного тока в постоянный (AC/DC) и постоянного тока в переменный (DC/AC), на основе Международной патентной классификации (МПК) в редакции 2023 года. Проведено сравнение вариантов преобразователей с промежуточным преобразованием и без промежуточного преобразования в переменный или постоянный ток, на транзисторах и тиристорах, и конкретных схемных решений, соответствующих классификации МПК. Выявлены перспективные направления развития этих вариантов. Анализ проведен на основе сформированных авторами баз данных патентов США с 2012 по 2023 годы в группах МПК H02M3, H02M5, H02M7. Перспективные направления развития выявлены путем построения временных рядов патентов и последующего сравнения вариантов преобразователей по количеству зарегистрированных патентов и динамике их роста. Доказано преимущество построения преобразователей на транзисторах, выявлены перспективные направления развития способов преобразования параметров электрической энергии, а также варианты их реализации. Отмечено снижение числа регистрируемых патентов США на изобретения в рассмотренных группах МПК на 40% в период с 2019 по 2022 год.

For citation

Avdzeiko V.I., Karnyshev V.I., Drozdova A.A., Rulevskiy V.M. Revealing of promising ways of converting electrical energy parameters // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.10.9

References

  1. Avdzeyko, V., Karnyshev, V., Pascal, E. Patent Analysis as a Tool for Revealing Promising Trends of Technological Development // Proceedings of papers. 2019. Vol. 2. P. 1191-1197.
  2. Патентный анализ как инструмент для выявления перспективных направлений развития DC/DC конвертеров / В.И. Авдзейко, В.И. Карнышев, В.М. Рулевский, Е.С. Паскаль // Практическая силовая электроника. 2019. № 1. С. 20-23.
  3. Прогнозирование тенденций развития и выявление перспективных технологий в области преобразовательной техники / В.И. Авдзейко, В.И. Карнышев, Р.В. Мещеряков, Л.В. Парнюк // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2017. Т. 60, № 2. С. 51-56.
  4. An introduction to high voltage direct current (HVDC) subsea cables systems. Brussels. 2012. P. 1-20. URL: https://europacable.eu/wp-content/uploads/2021/01/Introduction-to-HVDC-Subsea-Cables-16-July-2012_.pdf (Дата обращения: 12.01.2023)
  5. Исследование и разработка системы энергообеспечения привязного подводного робота с модернизированным источником электропитания / В.А. Герасимов, А.В. Комлев, Н.А. Найденко, А.Ю. Филоженко // Подводные исследования и робототехника. 2021. №3(37). С. 82-88.
  6. Система электропитания глубоководного аппарата с высоковольтной передачей энергии постоянного тока по кабель-тросу / В.М. Рулевский, В.А. Чех, В.Г. Букреев, Р.В. Мещеряков // Известия ЮФУ. Технические науки. 2018. №1(195). С. 155-167.
  7. Почему мы используем переменный ток вместо постоянного тока: интересные аспекты в различных отраслях промышленности и дома // Lambda Geeks. URL: https://ru.lambdageeks.com/why-do-we-use-ac-instead-of-dc/(Дата обращения: 16.01.2023)
  8. Мишин, В.Н., Рулевский, В.М., Юдинцев, А.Г. Системы электропитания телеуправляемых подводных аппаратов переменного тока мощностью свыше 10 кВт // Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 322, № 4. С. 107-110.
  9. Direct current power supply for deep-sea mining machine /j. Janousek, P. Tusla, P. Vozenilek, K. Buhr // The proceedings of the fifth isope ocean mining symposium. Tsukuba, Japan. 2003. P. 99-104.
  10. Components of an ROV system - Part 2: Primary subsystems and electrical considerations // EETimes. URL: https://www.eetimes.com/components-of-an-rov-system-part-2-primary-subsystems-and-electrical-considerations/(Дата обращения: 23.01.2023)
  11. Fard, R.N., Tedeschi, E. Investigation of AC and DC power distributions to seafloor mining equipment // OCEANS 2017 - Aberdeen. 2017. P. 1-7. https://doi.org/10.1109/oceanse.2017.8084903
  12. Michael, C.W., Marcelo, A.T., Jose, M. An analysis of sub sea electric power transmission techniques from DC to AC 50/60 Hz and Beyond // Conference: OCEANS. 2007. P. 1-6. https://doi.org/10.1109/OCEANS.2007.4449349
  13. Рулевский, В.М., Юдинцев, А.Г. Системы электропитания современных телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов // Технические проблемы освоения Мирового океана. 2013. С. 108-112 http://www.imtp.febras.ru/images/stories/konf/tpomo-5-30-sentjabrja-4-oktjabrja-2013/pdf/sekcija1.pdf
  14. Cable Selection Considerations for Subsea Vehicles // R.N. Fard, O.A. Eidsvik, E. Tedeschi, I. Schоlberg // 2018 OCEANS - MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO). 2018. P. 1-8. https://doi.org/10.1109/OCEANSKOBE.2018.8559225
  15. Snaryt, P., Bingham, C.M., Stone, D.A. Influence of ROV umbilical on power quality when supplying electrical loads // 2005 European Conference on Power Electronics and Applications. Dresden, Germany. 2005. P. 1-10. https://doi.org/10.1109/EPE.2005.219565
  16. Cheh, Q., Liu, Z. A novel electric power delivery system voltage regulation strategy for the of a 6000-m ROV // Applied Ocean Research. 2018. P. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.apor.2018.08.020
  17. Sedita, M., Cocimano, R., Hallewell, G. Power and Submarine Cable Systems for the KM3NeT kilometre cube Neutrino Telescope. 2008. P. 286-290. https://cds.cern.ch/record/1235826/files/p286.pdf
  18. Johann, W. K., David, M., Jonas, E.H. Conceptualization of the MVDC Power System of Ultra-Deep Sea HyDrones. URL: https://www.pes-publications.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/18_ICDCM_2021_Keynote_FINAL_060721.pdf (Дата обращения: 01.02.2023)